IAP AGCM对全球海温异常的响应——CO_2引起气候变化的等效研究

本文用IAP AGCM研究全球海温异常引起的气候变化,这种变化可以看作是由于CO_2含量改变引起的响应。按照Ramanathan和Cess等的观点,太阳常数的改变、CO_2含量的增减及全球海温异常对地气系统能量收支的影响是一致的,主要受控于射出净辐射的改变.本工作分别以+4℃和-4℃作为全球海温异常得到两次积分,分别记为I和D,模式的长期气候平均用作基本状态试验,记为C. 当海温增加4℃时,地表气温约增加4.4℃,而且主要由于热带对流加热的影响,气温的变化随高度增加,冬半球地表气温的增加明显大于夏半球,这是由雪的反照率和垂直温度递减率的反馈作用引起的。虽然全球平均总云量随海温增加而减少,但其纬向分布是不均匀的,尤其对个别类型的云更是如此。云的反馈在辐射能量收支中起着重要作用,例如,热带模式层顶净向下太阳辐射(S)和净向上长波辐射(R)减少(或增加最少)就归咎于穿透性对流云的增加. 全球平均降水I比C多18％.降水的变化呈正反馈趋势,即热带降水最大的地区降水加大,而在副热带地区降水增加很小,甚至减少.纬度-时间图上,降水的变化呈带状分布,正象降水本身的变化一样. 虽然我们得到的全球平均和纬向平均与Mitchell的结果一致,但区域性海温异常响应存在很大差别.     

关于三维平衡模式初边值问题适定性的研究

本文进一步考察三维平衡模式初边值问题的适定性。文中解决了“ω-方程”边值问题的适定性,给出了解的解析表达式,并建立了一种加权先验估计。以此为基础,本文证明了:考虑无穷远处大气时,三维平衡模式存在唯一的关于时间t的局部古典解。本文的结果推广了文献[2]的工作。     

高云与高层垂直速度关系的个例研究Ⅰ.观测事实

利用ISCCP D1、D2和ECMWF再分析资料,选取1998年1月和7月进行个例分析,得到以下结论:1)高云和垂直速度的关系密切.从月平均来看,南北半球的冬夏变化呈现出明显的不对称.热带1月份的云区和上升区集中在赤道以南,呈带状分布,其中南非及相邻的西印度洋、120°E～120°W的赤道太平洋、赤道与30°S之间的南美大陆为3个主要区域;7月份云区和上升区移至赤道以北,以块状分布为主,尤其是印度洋、西太平洋的热带地区、亚洲季风区和副热带高压中心的西部形成一个大范围的闭合块状区域.2)不同类型的高云在热带和热带外地区的云顶高度是不一样的:在热带地区,深对流云、卷层云和卷云的云顶高度在180 hPa和310hPa之间;在副热带和中高纬度的绝大部分地区,卷云的云顶高度在180 hPa和310 hPa之间,而卷层云、深对流云的则在310hPa到440 hPa之间.3)不同类型的高云与相应的垂直速度的逐日变化既十分密切又各有不同,其中深对流云和垂直速度、卷层云和深对流云的同步性较好,并且卷层云和卷云可以独立于深对流云而在局地产生,这与热带高云产生于深对流云的经典观点不同;此外,在热带地区呈现低频变化的特征,这表明在大气环流模式中改进高云的模拟能力可能会提高对大气低频振荡的模拟能力.     

理想海域中台风引起的潮、流及波的分析 I 开阔海域的情况

采用理论分析与数值计算相结合的方法研究了理想开阔海域中的台风暴潮模型,讨论了开阔海域中移行台风下的海洋响应。分析表明,在开阔的浅海域,台风下的海洋运动以地转流为主,同时又激发出振幅较小的重力惯性流。重力惯性波是由于台风强度或移速的突然变化引起的,其波速通常大于台风移速。台风气压场造成海面升高且基本符合“静压效应”,但产生的正压流场非常微弱。伴随强风的气旋性风场造成的海面下降在台风经过之后可以维持很长时间,从而在台风后面形成一个长达几百公里的尾迹。而台风风应力和气压梯度力的总效果是在台风正前方造成海面上升,正后方造成海面下降。     

自然控制论

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跨季度气候距平数值预测研究小结

中国科学院大气物理研究所发展了一个准业务跨季度气候距平数值预测系统,包括气候模式、大气和海洋初始条件同化、年际气候异常信号的提取、集合积分与概率计算、预测值系统误差的订正方法以及预测评分技术等方面,以东亚夏季风降水和太平洋海温异常为主要预测对象。本文主要报告５年来中国夏季降水跨季度预测准业务试验的结果。１９８９～１９９５年夏季降水跨季度实时预测试验的结果表明：对于导致气候灾害的夏季降水异常,例如中国东部的严重旱涝,我们能够作出很好的预测;对于比较弱的夏季降水异常,预测技巧较低。另外,预测效果有明显的地区差异,比如,中国东部比西部好,东部又以长江中下游为最佳。本文还介绍了一些由西太平洋海温异常影响大气的物理过程及机理,提出了一个“持续异常区假说”。进而讨论了集合预测的理论和方法,并通过一个实例来说明如何使用集合积分技术来识别持续异常区。最后对短期气候预测的几个基本问题以及改进的途径进行了讨论     

伴随方程在水汽资料四维同化中的应用I.理论

由于水汽相变等过程为快过程,再考虑到水汽观测误差不服从正态分布,可以认为将水汽资料与其他观测误差进行正态分布的气象资料联合同化是一种不合适的方法.故应单独对水汽资料进行同化.在下边界为第三类边界条件下,推导了适合于数值天气预报的水汽方程的伴随方程;利用目标函数的极值性,得出了水汽的四维资料同化问题的伴随算法;证明了目标函数给出的极值点为最小值点,且是惟一的.     

处理时间序列提高计算湍流通量的精度

讨论了非线性趋势对时间序列的自相关函数、积分时间尺度等的影响,并估算了其最终对湍流通量的影响,指出有效地去除野点、噪音和非线性趋势以及非线性趋势对时间序列的自相关函数、积分时间尺度等的影响,可以减少其对湍流通量产生较大的虚假贡献.